Nadprodukcja aminokwasów

• 2-oksoglutaran + NH4= aminokwas
• NH4< 2 mmol/ l
• Enzym: Syntetaza glutaminowa

Mechanizm kontroli

• Normalne stężenie aminokwasu 

powoduje represję genów syntezy 
enzymów uczestniczących w jego 
wytwarzaniu

• Nadmiar aminokwasu powoduje 

zahamowanie aktywności enzymów 
uczestniczących w jego wytwarzaniu

Warunki nadprodukcji

• Przepuszczalność błony cytoplazmatycznej
• Stężenie biotyny
• Zmiana preferencji metabolicznych przez hamowanie 

jednego z odgałęzień szlaku metabolicznego

• Dodatek prekursorów przeciwdziałających regulacji 

metabolicznej szlaku ( np. 2-oksomaślan – 

nadprodukcja Ile)

• Regulacja aktywności enzymów w obrębie szlaku 

metabolicznego

• Mutanty ( auksotrofy) nie syntezujące enzymu i 

blokada odgałęzienia szlaku metabolicznego

• Mutanty regulatorowe ( układ sprzężenia zwrotnego)

Warunki nadprodukcji

• Mutanty ( auksotrofy) nie syntezujące enzymu i 

blokada odgałęzienia szlaku metabolicznego

• Mutanty regulatorowe ( zakłócony układ sprzężenia 

zwrotnego)

• Mutanty konstytutywne : depresja genów syntezy 

enzymów wybranych odgałęzień szlaku 
metabolicznego

• Mutanty syntezujące enzymy szlaku produkcyjnego 

niewrażliwe na inhibicję produktem

• Projektowanie i konstrukcja szczepów metodami 

inżynierii genetycznej. Mutacja genetyczna z uzyciem 
technologii rekombinowanego DNA.

Mutanty żywieniowe

Kwas glutaminowy

Otrzymywanie kwasu         

L-glutaminowego

• W postaci glutaminianu sodu 

tradycyjnie był otrzymywany metodą 
kwaśnej hydrolizy bogatych w ten 
aminokwas białek pszenicy. 
Opracowanie jednostopniowej 
syntezy praktycznie wyeliminowało 
tą metodę. Obecnie glutaminian sodu 
produkowany jest wyłącznie metodą 
mikrobiologiczną.

Kwas glutaminowy… czym 

właściwie jest?

To aminokwas endogenny o kwaśnym 

odczynie, 

obecny prawie we wszystkich 

białkach.

Jest on ważnym neuroprzekaźnikiem 

pobudzającym 

w korze mózgowej ssaków. 

Uczestniczy w 

przemianach 

azotowych, poprzez przemianę w 
glutaminę. Kwas glutaminowy jest stosowany w 

leczeniu układu nerwowego. 

Zdolność do wytwarzania tego 

metabolitu wykazują m.in.:

       Corynebacterium     

     

      Brevibacterium

  

Microbacterium

Kwas L-glutaminowy 

przykładem nadprodukcji 

przy zastosowaniu 

bakterii z rodzaju  

       

Corynebacterium oraz 

Brevibacterium

Dlaczego właśnie te 

mikroorganizmy?

 U bakterii kwasu glutaminowego istnieje silna preferencja 

syntezy L-glutaminianu do innych aminokwasów:
- duża aktywność syntazy cytrynianowej (powstaje cytrynian),
- bardzo niska aktywność dehydrogenazy 2-oksoglutaranowej, 

• - duża aktywność dehydrogenazy glutaminowej (70*silniejsze 

powinowactwo do 2-oksoglutaranu niż dehydrogenaza 2-
oksoglutaranowa)

 Duża aktywność dehydrogenazy glutaminowej, zależnej od 

NADPH,

 Wytworzenie dostatecznej ilości NADPH, podczas przemiany 

cukru w szlaku HMP,

Przy czym największe 

znaczenie praktyczne mają:

B.Favum

      C.glutamicum

Dlaczego dochodzi do 

zahamowania syntezy L-

glutaminy w komórkach?

• Głównym czynnikiem ograniczającym 

nadprodukcję kwasu glutaminowego 
jest wewnątrzkomórkowe stężenie 
tego produktu, które w sprzężeniu 
zwrotnym powoduje  zahamowanie 
syntezy tego aminokwasu.

BIOGENEZA KWASU
 GLUTAMINOWEGO

C.glutamicum:

1. Dehydrogenaza glutaminowa
2. Dehydrogenaza
    2-oksoglutaranowa
3. Liaza cytrynianowa
4. Syntaza jabłczanowa
5. Karboksylaza 
    fosfoenylopirogronianowa
6. Układ dehydrogenazy 
     pirogronianowej

Jak zwiększyć 

przepuszczalność błony?

• Kontrola zawartości biotyny w 

pożywce

Inne sposoby 

przepuszczalności błony 

komórkowej

• Poddanie błony działaniu 

detergentów,

• Dodatek penicylin i cefalosporyn,
• Zahamowanie syntezy 

nienasyconych kwasów tłuszczowych 
oraz fosfolipidów

• Otrzymanie zależnych od glicerolu 

mutantów auksotroficznych

Pozostałe warunki kontrolujące 

biosyntezę L-glutaminianu

• Źródło węgla stanowi melasa burczana, 

powinna być uboga w biotynę

- Może tez być glukoza, octan, sacharoza 

bądź etanol

• Źródłe azotu jest gazowy amoniak lub 

mocznik

• Temp. 30-36

0

C

• pH poczatkowe 7-8
• Intensywne nawietrzanie (3-5mmoli 

O

2

/ml hodowli/1 min)

•

Wydajność konwersji substratu do 

Wydajność konwersji substratu do 

kwasu glutaminowego w 

kwasu glutaminowego w 

optymalnych warunkach wynosi 50%, 

optymalnych warunkach wynosi 50%, 

czyli ze 100 g cukru można uzyskać 

czyli ze 100 g cukru można uzyskać 

50 g aminokwasu.

50 g aminokwasu.

Wydzielanie kwasu L-

glutaminowego 

z komórki

1 – detergenty
2 – antybiotyki (penicylina, cefalosporyny)

• Oddzielenie biomasy za pomocą wirówki 

ślimakowej

• ZALETY:
- Ciągłość odprowadzania osadu
- Dla zawiesin o stężeniu 2-50%obj
- Wydajność 0,4-60 m

3

/h

Oddzielenie płynu 

pohodowlanego od biomasy

Frakcjonowanie, zatężanie, 

oczyszczanie

Percypitacja do pH

izoelektr

= 

3.2

Kwas solny HCl

Przesącz

Filtrac
ja

Przemywanie kryształów

Stabilizacja 
produktu

• Wydajność konwersji substratu do 

kwasu glutaminowego w 
optymalnych warunkach wynosi 50%, 
czyli ze 100g cukru można uzyskać 
50 g aminokwasu.

Stabilizacja produktu

Suszenie sublimacyjne jest powszechnie 

stosowana metoda utrwalania biopreparatów.
Proces ten zawiera kilka etapów:
•Zamrażanie produktów w komorze 

sublimacyjnej, gdzie przy stopniowo 

obniżanym ciśnieniu następuje intensywne 

parowanie części wody, a następnie 

samozamrożenie
•Suszenie sublimacyjne (sublimacja lodu)
•Usuwanie pary wodnej z sublimatora

Dystrybucja produktu

• Światowa produkcja kwasu L-

glutaminowego, jako glutaminianu 
monosodowego, szacowana jest na 
blisko 400 00ton rocznie.

• 100g produktu kosztuje około 90zł